黃鴻偉

(廣州南方測(cè)繪儀器有限公司，廣東 廣州510665)

一、引 言

滑坡災(zāi)害占我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的51%以上，邊坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)意義重大。廣州市由于地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜、局部斷裂構(gòu)造較發(fā)育、雨水充沛、降雨時(shí)空分布不均勻等自然環(huán)境條件影響，特別是經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展時(shí)期，人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈，地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。全市已發(fā)多起滑坡地質(zhì)災(zāi)害，造成重大損失。災(zāi)害區(qū)域應(yīng)建立專(zhuān)業(yè)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)示范點(diǎn)，建設(shè)包括降雨、深部位移、地表位移多個(gè)關(guān)鍵因素組成的滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及監(jiān)測(cè)預(yù)警分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)間和空間上的預(yù)警預(yù)報(bào)。通過(guò)對(duì)區(qū)域降雨、深部位移、地表位移結(jié)合時(shí)空發(fā)展建立預(yù)警模型。從化良口—呂田鎮(zhèn)為低山區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)區(qū)，湖光山莊災(zāi)害點(diǎn)地處國(guó)道G105線(xiàn)湖光山莊北側(cè)，是一處老滑坡，滑坡體見(jiàn)多條裂縫，裂縫長(zhǎng)15～60 m，寬10～30 cm，裂縫兩盤(pán)相對(duì)錯(cuò)位差30～60 cm?；氯匀惶幱谧冃沃??；麦w下的居民大30戶(hù)，約150人。本人選定國(guó)道G105線(xiàn)湖光山莊北側(cè)建立廣州市滑坡地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)示范點(diǎn)。

二、監(jiān)測(cè)示范點(diǎn)建設(shè)和運(yùn)行

在G105國(guó)道良口—呂田段低山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)示范點(diǎn)建立降雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1套、地表面位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4套(其中基準(zhǔn)站1套、監(jiān)測(cè)站3套)、內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2套，分別用于監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的降雨量、表面位移和內(nèi)部位移，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送至地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警中心服務(wù)器系統(tǒng)中，并保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性，安裝地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)1套，用于接收和分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)出預(yù)警信息。

1．區(qū)域降雨量監(jiān)測(cè)

降雨量是滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的最主要的誘發(fā)因素，示范點(diǎn)地處從化，雨水十分充沛，降雨時(shí)空分布不均，因此本項(xiàng)目十分重視對(duì)區(qū)域降雨量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。取得降雨量資料，結(jié)合位移變化進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)建監(jiān)測(cè)預(yù)警模型十分重要。為了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)示范點(diǎn)區(qū)域降雨量，在現(xiàn)場(chǎng)安裝了雨量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，通過(guò)GPRS實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，為提高監(jiān)測(cè)預(yù)警提供有力保障。

2015年1月12日0點(diǎn)開(kāi)始，降雨量達(dá)61 mm，降雨持續(xù)到13日8點(diǎn)累計(jì)達(dá)72 mm(見(jiàn)圖1)，暴雨誘發(fā)了滑坡的發(fā)展。

圖1

2．深部位移監(jiān)測(cè)

在滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)中，人們更為關(guān)心的是滑體深部，特別是滑動(dòng)面處的滑移變形和滑動(dòng)方向，鉆孔傾斜儀的出現(xiàn)較為圓滿(mǎn)地解決了該問(wèn)題，現(xiàn)已成為觀測(cè)深部水平位移的重要手段。由于其適應(yīng)于各種類(lèi)型的斜坡且穩(wěn)定可靠，被廣泛應(yīng)用于滑坡變形監(jiān)測(cè)中。示范點(diǎn)地質(zhì)條件差，圖2(a)為現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取芯圖，現(xiàn)場(chǎng)安裝南方深部位移自動(dòng)監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)進(jìn)行深部位移監(jiān)測(cè)，掌握滑坡深部位移情況十分必要。圖2(b)為深部位移監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)圖，對(duì)照之前1月12—13日的降雨圖表可以清楚直觀地分析解讀下面圖表:12日0時(shí)開(kāi)始降雨，降雨入滲引起土壤含水率增加，從而導(dǎo)致滑坡體抗剪強(qiáng)度下降，引起深部12日6時(shí)開(kāi)始發(fā)生位移變化;13日8時(shí)降雨停止后，隨著滑坡體入滲水分逐漸排除后，13日14時(shí)滑坡體重新恢復(fù)平衡。

圖2

3．地表位移監(jiān)測(cè)

地表位移監(jiān)測(cè)是滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警的重要依據(jù)，現(xiàn)階段邊坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中大量采用GPS進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境導(dǎo)致向坡一側(cè)衛(wèi)星遮擋嚴(yán)重，并且多路徑效應(yīng)影響明顯，常導(dǎo)致GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)解算失敗或精度不好。加入北斗衛(wèi)星提高了衛(wèi)星高度截止角，可有效減少多路徑效應(yīng)的影響，提高了解算精度。北斗衛(wèi)星的應(yīng)用提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性，以及邊坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠性和有效性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)場(chǎng)采用能同時(shí)接收GPS+北斗的南方SM02自動(dòng)化監(jiān)測(cè)站進(jìn)行滑坡地表位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖3可以看出經(jīng)過(guò)今年雨季降雨的影響，滑坡體地表已經(jīng)發(fā)生了十幾毫米的位移。

圖3

三、滑坡地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊和安全信息管理模塊。邊坡地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件功能框如圖4所示。

圖4

1．?dāng)?shù)據(jù)采集軟件

數(shù)據(jù)采集軟件功能模塊主要包括系統(tǒng)工具、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)通信。下面分別加以說(shuō)明。

1)系統(tǒng)自檢功能。有系統(tǒng)自檢、自診斷功能，能對(duì)系統(tǒng)各部位運(yùn)行狀態(tài)自檢、自診斷，并實(shí)時(shí)打印自檢、自診斷結(jié)果，以及運(yùn)行中的異常情況，作為硬拷貝文檔。

2)數(shù)據(jù)通信功能。實(shí)現(xiàn)監(jiān)控主機(jī)與各臺(tái)測(cè)控裝置(MCU)、監(jiān)控主機(jī)與信息管理主機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)通信。通過(guò)通信媒體與上級(jí)計(jì)算機(jī)連接，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制。

3)數(shù)據(jù)采集功能。數(shù)據(jù)采集軟件具備兩種運(yùn)行方式:

a．中央控制方式(應(yīng)答式):由數(shù)據(jù)采集軟件下達(dá)命令，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的所有測(cè)控裝置(MCU)進(jìn)行巡測(cè)或選測(cè)，測(cè)量完畢后將數(shù)據(jù)根據(jù)命令存儲(chǔ)在監(jiān)控主機(jī)中;

b．自動(dòng)控制方式(自報(bào)式):測(cè)控裝置(MCU)按內(nèi)部設(shè)定時(shí)間間隔自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完畢后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并根據(jù)命令將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主機(jī)中存儲(chǔ)。

4)數(shù)據(jù)管理功能。將原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，可按要求對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，供運(yùn)行人員瀏覽和檢查;具有完善的臨時(shí)和歷史測(cè)值的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能;測(cè)值數(shù)據(jù)可顯示、查尋、檢索、繪制過(guò)程線(xiàn)、拷盤(pán)、打印等。

2．信息管理軟件

邊坡安全監(jiān)測(cè)信息管理軟件用于對(duì)邊坡安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及其他有關(guān)邊坡安全的信息進(jìn)行自動(dòng)獲取、存儲(chǔ)、加工處理和輸入輸出，并且為數(shù)據(jù)分析軟件提供完備的數(shù)據(jù)接口;提供保存和處理邊坡安全信息的現(xiàn)代化手段，以便利用邊坡安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和各種邊坡安全信息對(duì)邊坡性態(tài)作出分析判斷，對(duì)邊坡安全監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整編分析，生成有關(guān)報(bào)表和圖形，做好邊坡安全運(yùn)營(yíng)和管理工作。

(1)數(shù)據(jù)分析模塊

1)過(guò)程線(xiàn)分析:以時(shí)間為X軸，雨量、邊坡表面位移、深部位移等觀測(cè)量為Y軸，繪制時(shí)間序列曲線(xiàn)。

2)滯后時(shí)間分析:由于降水入滲變化與邊坡位移的變化不完全同步，降水達(dá)到峰(谷)值的時(shí)刻往往比位移達(dá)到峰(谷)值的時(shí)刻來(lái)得晚，存在一定的時(shí)間差，即“滯后時(shí)間”。系統(tǒng)采用自動(dòng)化智能分析推求滯后時(shí)間。

3)沉降分析:通過(guò)繪制垂直位移與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)對(duì)邊坡垂直位移的變化進(jìn)行分析，了解邊坡垂直位移的變化情況。

4)水平位移分析:通過(guò)繪制水平位移與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)對(duì)該水平位移變化情況進(jìn)行分析，了解不同水平的位移變化情況。

5)安全預(yù)測(cè):通過(guò)對(duì)邊坡的綜合狀態(tài)進(jìn)行分析處理，提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

(2)數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊

1)歷史數(shù)據(jù)查詢(xún):對(duì)以往的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、分時(shí)間段進(jìn)行查詢(xún)。

2)遠(yuǎn)程錄像查詢(xún):查詢(xún)遠(yuǎn)程服務(wù)器上的視頻信息。

3)數(shù)據(jù)下載:可以從遠(yuǎn)程服務(wù)器上下載所需要的數(shù)據(jù)信息。

4)查詢(xún)結(jié)果輸出:根據(jù)用戶(hù)查詢(xún)結(jié)果，提供多種文件格式輸出。

(3)數(shù)據(jù)輸出模塊

通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，可以對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，整理形成日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、季度報(bào)表、年報(bào)表，以所需的報(bào)表格式輸出進(jìn)行進(jìn)一步分析、打印。系統(tǒng)輸出模塊可在技術(shù)人員的操作下，按相關(guān)規(guī)范要求對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行整編，對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的資料進(jìn)行在線(xiàn)或離線(xiàn)自動(dòng)整編，并按規(guī)定的內(nèi)容打印各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，繪制各種圖形。

(4)安全預(yù)警模塊

1)安全預(yù)警值。邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括表面位移、深部位移、雨量。其中降雨作為誘發(fā)邊坡滑坡、坍塌等的一個(gè)重要因子，其變化間接反映了邊坡體的穩(wěn)定性;降雨對(duì)邊坡的影響除了形成水壓力，還將造成巖土體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生弱化。雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有利于后期對(duì)邊坡穩(wěn)定性綜合分析提供第一手原始資料料。邊坡的破壞模式類(lèi)型主要是平面滑動(dòng)，有單一平面滑動(dòng)和同向雙平面滑動(dòng)兩種。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量的變化能夠最直接、最直觀地反映邊坡變化趨勢(shì)，因此擬采用位移量作為安全報(bào)警值?；伦冃问且粋€(gè)連續(xù)的過(guò)程，位移變化累積達(dá)到一定程度才會(huì)發(fā)生滑坡，因此安全預(yù)警值以累積變化和變化速率兩個(gè)控制值為依據(jù)。

2)報(bào)警方式。包括短信報(bào)警、郵件報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警等方式，每種方式都有相應(yīng)的特點(diǎn)，可根據(jù)用戶(hù)的選擇、實(shí)際情況的危急程序、報(bào)警級(jí)別等選擇適當(dāng)?shù)膱?bào)警方式，或多種報(bào)警方式相結(jié)合，來(lái)確保用戶(hù)及時(shí)收到預(yù)警信息。

本系統(tǒng)預(yù)警模塊預(yù)警功能采用多級(jí)預(yù)警設(shè)計(jì)，預(yù)警初步設(shè)計(jì)分為黃色、橙色、紅色三級(jí)，其中三級(jí)較重，二級(jí)嚴(yán)重，一級(jí)特別嚴(yán)重，建立報(bào)警躍遷機(jī)制:當(dāng)報(bào)警產(chǎn)生一段時(shí)間或次數(shù)后，如未處理報(bào)警，自動(dòng)提升報(bào)警級(jí)別。當(dāng)報(bào)警處理完后自動(dòng)解除。

四、結(jié)束語(yǔ)

廣州市滑坡地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)示范點(diǎn)建設(shè)完成并運(yùn)行半年以來(lái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控了示范點(diǎn)滑坡區(qū)域降雨量，以及降雨后引起的深部位移和地表位移的變化。通過(guò)大量數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，證明了監(jiān)測(cè)示范點(diǎn)監(jiān)測(cè)要素選擇合理，各要素關(guān)聯(lián)清晰，監(jiān)測(cè)設(shè)備精度滿(mǎn)足滑坡監(jiān)測(cè)實(shí)際需求，尤其是北斗衛(wèi)星的引入確保了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿(mǎn)足了滑坡監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的客觀要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，并已取得初步成效。

［1］ 地質(zhì)災(zāi)害防治條例［EB/OL］．2004-06-25．www．mlr．gov．cn/zwgk/flfg/dzhjgl/200406/t20040625-13574．htm．

［2］ 廣州市地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃(2005—2020年)［EB/OL］．2008-01-22．www．laho．gov．cn/zwgk_1/ghjh/fzgh/200801/t20080122_160382．htm．

［3］ 殷躍平．長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)移民遷建新址重大地質(zhì)災(zāi)害及防治研究［M］．北京:地質(zhì)出版社，2004．

［4］ 周平根．地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警傳感器網(wǎng)絡(luò)［J］．南方國(guó)土資源，2011(10):12-14．